DE19960493A1 - Gerät und Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals - Google Patents

Gerät und Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals

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Abstract

Gerät und Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals, bei dem eine Abtastrate gemäß einer Änderung von empfangenen Daten während der Datenabtastoperation verschoben wird, um die Effizienz der Codierung zu verbessern, wobei das Gerät eine erste Abtast-/Halteeinheit (41) enthält, um ein analoges Audio-/Videosignal bei einer ersten Abtastrate in Antwort auf ein Abtaststeuersignal abzutasten/zuhalten; einen Phasenverschieber (43), um zur Bereitstellung eines phasenverschobenen Abtaststeuersignals eine Phase des Abtaststeuersignals gemäß der Änderung des Audio-Videosignals zu verschieben; eine zweite Abtast-/Halteeinheit (42) zum Abtasten/Halten eines analogen Audio-/Videosignals bei einer zweiten Abtastrate in Antwort auf das vom Phasenverschieber (43) phasenverschobene Abtaststeuersignal; einen Summierer (44) zum Aufsummieren der Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit (41) und der Abtastdaten von der zweiten Abtast-/Halteeinheit (42); einen Komparator (45) zum Vergleich der vom Summierer aufsummierten Abtastdaten mit einem vorbestimmten Schwellenwert; eine Schalteinheit (46) zur selektiven Bereitstellung der Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit (41) oder von der zweiten Abtast-/Halteeinheit (42) in Antwort auf ein Signal vom Komparator (45); eine Quantisierungseinheit (47) zur Quantisierung der von der Schalteinheit (46) selektiv bereitgestellten Abtastdaten; und einen Codierungsblock (48) zur Komprimierung/Codierung der Daten von der ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Codierung zur Komprimierung eines Audio-/Videosignals, und insbesondere ein Gerät und ein Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals, wobei eine Abtastrate gemäß einer Änderung von empfangenen Daten während der Datenabtastoperation verschoben wird, um die Effizienz der Codierung zu verbessern.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine bereits bekannte Codierung eines Audio-/Videosignals erklärt. Es zeigen:
Fig. 1A ein Blockdiagramm eines bereits bekannten Codierers zur Codierung eines analogen Audio-/Videosignals; und
Fig. 1B ein Blockdiagramm eines bereits bekannten Decodierers zur Decodierung eines digitalen Audio-/Videosignals.
Der bereits bekannte Codierer, wie in Fig. 1A gezeigt, der in erster Linie in einem Sendeblock in einem Sende/Empfangs-Gerät für Audio-/Videodaten bereitgestellt ist, enthält ein Tiefpassfilter 1 zur Tiefpassfilterung eines analogen Audio-/Videosignals X(t), um von einem Hochfrequenzbereich des Signals Rauschen zu entfernen; eine Abtast-/Halteeinheit 2, um das vom Tiefpassfilter 1 gefilterte Audio-/Videosignal bei einer festen Abtastrate abzutasten; eine Quantisierungseinheit 3 zur Quantisierung des abgetasteten/gehaltenen Signals; und einen Codierungsblock 4, um zur Bereitstellung eines codierten digitalen Signals die Daten von der Quantisierungseinheit 3 zu komprimieren.
Der bereits bekannte Decodierer, wie in Fig. 1 B gezeigt, enthält einen Decodierungsblock 5 zur Decodierung des codierten digitalen Signals; eine Quantisierungsumkehreinheit 6 zur Quantisierungsumkehrung des decodierten Videosignals; einen Digital/Analog-Wandler 7 zur Umwandlung der Videodaten von der Quantisierungsumkehreinheit in ein analoges Signals; und ein Tiefpassfilter 8 zur Tiefpassfilterung der in das analoge Signal umgewandelten Videodaten.
Im folgenden wird eine Datencodierungsoperation in dem obengenannten bereits bekannten Gerät zur Codierung eines Audio-/Videosignals erklärt.
Fig. 2 zeigt Abtastspektren einer bereits bekannten Codierungsoperation; und
Fig. 3 verdeutlicht die bereits bekannte Codierungsoperation für ein Audio-/Videosignal anhand eines Ablaufdiagramms.
Eine bereits bekannte Schrittfolge, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Komprimierung/Codierung von Audio-/Videodaten sieht folgendermaßen aus:
Mit dem Empfang eines analogen Audio-/Videosignals X(t) erfolgt zuerst die Filterung des analogen Audio-/Videosignals X(t) durch ein Tiefpassfilter 1, um aus einem Hochfrequenzbereich des Signals Rauschen zu entfernen. Das gefilterte Audio-/Videosignal wird dann bei einer festen Abtastrate durch die Abtast-/Halteeinheit 2 abgetastet. Danach wird das abgetastete/gehaltene Signal in der Quantisierungseinheit 3 quantisiert, und die quantisierten Daten werden schließlich im Codierungsblock 4 komprimiert/codiert, um ein digitales Audio-/Videosignal bereitzustellen.
Da bei der bereits bekannten Audio-/Videosignalcodierung die Datenabtastrate fest vorgegeben ist, und zwar unabhängig von einer Änderung der empfangenen Daten, kann ein Abtastfehler auftreten, wenn die Änderung der empfangenen Daten groß ist. Ferner wird die Abtastdatenmenge unnötigerweise zu groß, wenn die Änderung der empfangenen Daten nur gering ist. Dies liegt daran, daß bei der bereits bekannten Codierung eines Audio-/Video­ signals ein Abtastfehler eA oder eB, wie in Fig. 2 gezeigt, erzeugt wird, wenn die Änderung der empfangenen Daten groß ist, da die Abtastrate bei der Datenabtastoperation fest ist. Aufgrund der festen Abtastrate bei der Datenabtastoperation wird ferner die Menge der abgetasteten Daten unnötigerweise zu groß, gleichwohl bei einer geringen Änderung der empfangenen Daten auch eine kleinere Datenmenge ausreichen würde.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Geräts und eines Verfahrens zur Codierung eines Audio-/Videosignals, wobei die obengenannten Probleme des Standes der Technik im wesentlichen beseitigt werden.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Gerät und ein Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals bereitzustellen, wobei eine Abtastrate in einer Datenabtastoperation gemäß einer Änderung von empfangenen Daten verschoben wird, um die Effizienz der Codierung zu verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält das Gerät zur Codierung eines Audio-/Video­ signals eine erste Abtast-/Halteeinheit zum Abtasten/Halten eines analogen Audio-/Video­ signals bei einer ersten Abtastrate in Antwort auf ein Abtaststeuersignal; einen Phasenschieber, um eine Phase des Abtaststeuersignals gemäß einer Änderung des Audio-/Video­ signals zu verschieben; eine zweite Abtast-/Halteeinheit zum Abtasten/Halten des analogen Audio-/Videosignals bei einer zweiten Abtastrate in Antwort auf das durch den Phasenschieber phasenverschobene Abtaststeuersignal; einen Summierer zum Aufsummieren der Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit und der Abtastdaten von der zweiten Abtast-/Halteeinheit; einen Komparator, um die am Summierer aufsummierten Abtastdaten mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen; eine Schalteinheit zur selektiven Bereitstellung der Abtastdaten entweder von der ersten Abtast-/Halteeinheit oder von der zweiten Abtast-/Halteeinheit in Antwort auf ein Signal vom Komparator; eine Quantisierungseinheit zur Quantisierung der durch die Schalteinheit selektiv bereitgestellten Abtastdaten; und einen Codierungsblock zur Komprimierung/Codierung der Daten von der Quantisierungseinheit, um codierte Daten bereit zu stellen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung reicht die Schalteinheit die Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit weiter, wenn das Ausgangssignal vom Summierer größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert eT ist; wobei die Abtastdaten von der zweiten Abtast-/Halteeinheit weitergereicht werden, wenn das Ausgangssignal vom Summierer kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert eT. Der Phasenschieber teilt die Phase des Abtaststeuersignals z. B. durch zwei oder einen anderen geeigneten Wert, wobei auch eine Verzögerung des Abtaststeuersignals möglich ist. Mit anderen Worten können durch den Phasenschieber unterschiedliche Abtastraten durch entsprechende Verschiebung der Phase des Abtaststeuersignals bereit gestellt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Codierung eines Audio-/Videosignals, mit einem ersten Schritt, bei dem ein gefiltertes (z. B. tiefpassgefiltertes) Audio-/Videosignal bei einer festen und einer verschobenen Abtastrate abgetastet wird; einem zweiten Schritt, bei dem bei der festen Abtastrate abgetastete Daten und bei der verschobenen Abtastrate abgetastete Daten aufsummiert und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden; und mit einem dritten Schritt, bei dem als Ergebnis des Vergleichs der aufsummierten abgetasteten Daten mit dem vorbestimmten Schwellenwert die bei der festen Abtastrate abgetasteten Daten weitergereicht werden, wenn das aufsummierte Ausgangssignal größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, und die mit der verschobenen Abtastrate abgetasteten Daten weitergereicht werden, wenn das aufsummierte Ausgangssignal kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A ein Blockdiagramm eines bereits bekannten Codierers zur Codierung eines analogen Audio-/Videosignals;
Fig. 1 B ein Blockdiagramm eines bereits bekannten Decodierers zur Decodierung eines digitalen Audio-/Videosignals;
Fig. 2 Abtastspektren einer bereits bekannten Codierungsoperation;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer bereits bekannten Codierungsoperation für ein Audio-/Videosignal;
Fig. 4A ein Blockdiagramm eines Codierers zur Codierung eines Audio-/Videosignals gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4B ein Blockdiagramm eines Decodierers zur Decodierung eines Audio-/Video­ signals gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 Abtastspektren einer Codierungsoperation gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm der Codierungsoperation zur Codierung eines Audio- /Video­ signals gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 1 bis 3 sind bereits in der Beschreibungseinleitung diskutiert worden, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
Wie in Fig. 4A gezeigt, enthält ein Gerät zur Codierung eines Audio-/Videosignals gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erste Abtast-/Halteeinheit 41 zum Abtasten/Halten eines gefilterten (z. B. bandpassgefilterten oder tiefpassgefilterten) Audio-/Videos­ ignals X(t) bei einer ersten Abtastrate in Antwort auf ein Abtaststeuersignal; einen Phasenschieber 43, um eine Phase des Abtaststeuersignals gemäß einer Änderung des Audio-/Videosignals zu verschieben; eine zweite Abtast-/Halteeinheit 42 zum Abtasten/Halten des analogen Audio-/Videosignals X(t) bei einer zweiten Abtastrate in Antwort auf ein vom Phasenschieber 43 phasenverschobenes Abtaststeuersignal, wobei die zweiten Abtastrate gegenüber der ersten Abtastrate verschoben ist. Der Phasenschieber 43 teilt die Phase des Abtaststeuersignals z. B. durch zwei oder einen anderen geeigneten Wert wobei auch eine Verzögerung des Abtaststeuersignals bewirkt werden kann. Das Gerät enthält ferner einen Summierer 44, um Abtastdaten (+) von der ersten Abtast-/Halteeinheit 41 und Abtastdaten (-) von der zweiten Abtast-/Halteeinheit 42 aufzusummieren; einen Komparator 45, um die vom Summierer 44 aufsummierten Abtastdaten mit einem vorbestimmten Schwellenwert eT zu vergleichen; eine Schalteinheit 46, um die Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit 41 zur Verfügung zu stellen, wenn das Ausgangssignal vom Summierer 44 größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert eT ist, und um die Abtastdaten von der zweiten Abtast-/Halteeinheit 42 zur Verfügung zu stellen, wenn das Ausgangssignal vom Summierer 44 kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert eT, und zwar in Antwort auf ein Signal vom Komparator 45; eine Quantisierungseinheit 47 zur Quantisierung der von der Schalteinheit 46 selektiv bereitgestellten Abtastdaten; und einen Codierungsblock 48 zur Komprimierung/Codierung von Daten von der Quantisierungseinheit 47, um codierte Daten zur Verfügung zu stellen.
Wie in Fig. 4B gezeigt, enthält ein Decodierer zur Decodierung eines digitalen Audio-/Video­ signals gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Decodierungsblock 49 zur Decodierung eines codierten digitalen Signals; eine Quantisierungsumkehreinheit 50 zur Quantisierungsumkehrung des decodierten Audio-/Video­ signals; einen Digital/Analog-Wandler 51 zur Umwandlung der Audio-/Videodaten von der Quantisierungsumkehreinheit in ein analoges Signal; und ein Tiefpassfilter 52 zur Tiefpassfilterung der in das analoge Signal umgewandelten Audio-/Videodaten.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 eine Audio-/Videosignal- Codierungsoperation des obengenannten Geräts zur Codierung eines Audio-/Videosignals gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt.
Fig. 5 zeigt Abtastspektren und Fig. 6 ein Ablaufdiagramm der Codierungsoperation gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt die Abtaststellen der empfangenen Daten, wobei sich die Abtastrate mit einer Änderung der empfangenen Daten ändert. Die mit der Änderung der empfangenen Daten bei der Audio-/Videosignalcodierung gemäß der Erfindung geänderte Datenabtastrate kann einen Codierungsfehlers unterdrücken, der insbesondere auftritt, wenn die Änderung der empfangenen Daten groß ist. Ferner kann ein unnötiger Zuwachs der abgetasteten Datenmenge verhindern werden, wenn die Änderung der empfangenen Daten nur gering ist. Obwohl das Gerät zur Codierung von Audio-/Videodaten gemäß der Erfindung folglich ausgelegt ist, um eine feste und eine gegenüber der festen Abtastrate verschobene Abtastrate bereitzustellen, kann auch ein separater Verschiebeblock oder ein separater Verzögerungsblock ausgebildet sein, um mehrere verschiedene Abtastraten zur Verfügung zu stellen.
Wie in Fig. 6 gezeigt, erfolgt nach dem Empfang eines analogen Audio-/Videosignals X(t) zuerst eine Tiefpassfilterung des analogen Videosignals X(t), um von einem Hochfrequenzbereich des Signals Rauschen zu entfernen. Das gefilterte Audio-/Videosignal wird dann in der ersten Abtast-/Einheit 41 bei einer festen Abtastrate und in der zweiten Abtast-/Einheit 42 bei einer verschobenen Abtastrate abgetastet. Unter der Annahme, daß die gesamten Abtastdaten X[1], X[2], X[3], X[4], . . . sind, tastet die erste Abtast/Halteeinheit 41 die Daten X[1], X[3], . . . und die zweite Abtast-/Halteeinheit 42 die Daten X[2], X[4], . . . ab. Die bei der festen Abtastrate abgetasteten Daten (+) und die bei der verschobenen Abtastrate abgetasteten Daten (-) werden aufsummiert und mit einem vorbestimmten Schwellenwert eT verglichen. Wenn das aufsummierte Ausgangssignal größer oder gleich dem Schwellenwert eT ist, werden die bei der festen Abtastrate abgetasteten Daten weitergereicht, und wenn das aufsummierte Ausgangssignal kleiner ist als der Schwellenwert eT, werden die bei der verschobenen Abtastrate abgetasteten Daten weitergereicht. Dies bedeutet also, daß X[2] - X[1] einen Abtastfehler eK darstellt, und dieser Abtastfehler eK mit dem Schwellenwert eT verglichen wird, um in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Abtastoperation bei einer entsprechenden Abtastrate durchzuführen. Falls der Abtastfehler eK zum Beispiel größer oder gleich dem Schwellenwert eT ist, werden X[1] und X[2] codiert, bevor sie weitergereicht werden, falls jedoch der Abtastfehler eK kleiner ist als der Schwellenwert eT, dann wird X[2] vor dem Weiterreichen nicht codiert. Das selektiv abgetastete/gehaltene und weitergereichte Audio-/Videosignal wird dann quantisiert und im Codierungsblock 48 komprimiert/codiert, um ein digitales Audio-/Video­ signal bereitzustellen.
Zur Detektion von nicht codierten abgetasteten Daten wird im Decoder ein Quantisierungsvektor oder eine separate Bitkombination verwendet. Nicht codierte Daten werden im Decoder interpoliert. Alternativ kann die Existenz von nicht codierten Abtastdaten unter Verwendung eines adaptiven Filters bestimmt werden.
Das Gerät und das Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals gemäß der Erfindung weisen folgende Vorteile auf. Die mit einer Änderung der empfangenen Daten geänderte Abtastrate kann Codierungsfehler unterdrücken, die bisher auftreten, wenn die Änderung der empfangenen Daten groß ist. Ferner kann ein unnötiger Zuwachs der Anzahl von abgetasteten Daten vermieden werden, wenn die Änderung der empfangenen Daten nur gering ist, wobei eine effektive Codierung der Daten ermöglicht wird, bei der eine Datenkomprimierungsmenge reduziert ist. Auf diese Weise erfolgt eine effiziente Nutzung eines Frequenzbandes in einer Datenkommunikation.

Claims (5)

1. Gerät zur Codierung eines Audio-/Videosignals, enthaltend:
eine erste Abtast-/Halteeinheit (41) zum Abtasten/Halten eines analogen Audio-/Video­ signals X(t) bei einer ersten Abtastrate in Antwort auf ein Abtaststeuersignal; einen Phasenschieber (43) zum Verschieben einer Phase des Abtaststeuersignals gemäß einer Änderung des Audio-/Videosignals;
eine zweite Abtast-/Halteeinheit (42) zum Abtasten/Halten des analogen Audio-/Video­ signals X(t) bei einer zweiten Abtastrate in Antwort auf das durch den Phasenschieber (43) phasenverschobene Abtaststeuersignal;
einen Summierer (44) zum Aufsummieren der Abtastdaten (+) von der ersten Abtast-/Halte­ einheit (41) und der Abtastdaten (-) von der zweiten Abtast-/Halteeinheit (42);
einen Komparator (45), um die vom Summierer (44) aufsummierten Abtastdaten mit einem vorbestimmten Schwellenwert eT zu vergleichen;
eine Schalteinheit (46) zur selektiven Bereitstellung der Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit (41) oder von der zweiten Abtast-/Halteeinheit (42) in Antwort auf ein Signal vom Komparator (45);
eine Quantisierungseinheit (47) zur Quantisierung der von der Schalteinheit (46) selektiv bereitgestellten Abtastdaten; und
einen Codierungsblock (48) zur Komprimierung/Codierung der Daten von der Quantisierungseinheit (47), um komprimierte/codierte Daten bereitzustellen.
2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Schalteinheit (46) die Abtastdaten von der ersten Abtast-/Halteeinheit (41) weiterreicht, wenn das Ausgangssignal vom Summierer (44) größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert eT ist; und die Abtastdaten von der zweiten Abtast-/Halteeinheit 42 weitergereicht werden, wenn das Ausgangssignal vom Summierer 44 kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert eT.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Phasenschieber (43) die Phase des Abtaststeuersignals halbiert.
4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Phasenschieber (43) die Phase des Abtaststeuersignals verschiebt, um das Abtaststeuersignal zu verzögern.
5. Verfahren zur Codierung eines Audio-/Videosignals, mit folgenden Schritten:
Abtasten eines gefilterten Audio-/Videosignals bei einer festen Abtastrate und einer verschobenen Abtastrate;
Aufsummieren der bei der festen Abtastrate abgetasteten Daten (+) und der bei der verschobenen Abtastrate abgetasteten Daten (-), und Vergleichen mit einem vorbestimmten Schwellenwert eT; und
Weiterreichen der bei der festen Abtastrate abgetasteten Daten, wenn aufgrund des Vergleichs der aufsummierten Abtastdaten mit dem vorbestimmten Schwellenwert eT das aufsummierte Ausgangssignal größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert eT ist, und Weiterreichen der bei der verschobenen Abtastrate abgetasteten Daten, wenn aufgrund des Vergleichs der aufsummierten Abtastdaten mit dem vorbestimmten Schwellenwert eT das aufsummierte Ausgangssignal kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert eT.
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